DE102020005941A1 - Automatically changing termination for cables and wires - Google Patents
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Abstract
Um Kabelparameter in einer realen technischen Umgebung zu bestimmen, können die Leitungsgeschwindigkeit vLund der Wellenwiderstand ZLeines Leitungspaares am Kabel messtechnisch erfasst und aus diesen gemessenen Werten andere Parameter bestimmt werden. Zur Bestimmung des Wellenwiderstandes kann genutzt werden, dass ein Kabel genau dann reflexionsfrei ist, wenn das Kabelende mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Um diesen Widerstandswert zu suchen kann ein einstellbarer Widerstand genutzt werden.Weil die zu einem Leitungspaar gehörenden Reflexionen in einem Oszillogramm sowohl bzgl. ihrer zeitlichen Lage als auch bzgl. der jeweiligen Reflexionsamplitude oft schwer von einem gestörten Signalhintergrund zu unterscheiden sind und Reflexionen von parasitären Leitungspaaren oft schwer zu identifizieren sind, ist eine zur Reflexionsfreiheit erforderliche Such-Einstellung eines einstellbaren Widerstands oft schwierig, wenn nur ein Oszilloskop bzw. ein Oszillogramm der Spannung am Kabeleingang zur Kontrolle zur Verfügung steht.Mit einem Kabelabschluss, der als eine am Kabel- oder Leitungspaar-ende anzuschließende Einheit vorliegt, der mindestens zwei unterschiedliche Abschlussarten für ein angeschlossenes Kabel bereitstellt und der zwischen diesen Abschlussarten permanent automatisch wechselt, kann die für eine Einstellung notwendige Kontrolle durch Darstellung der Signale auch am Oszilloskop erfolgen. Durch einen solchen Wechselabschluss werden Signalabschnitte durch bereichsumhüllende Diagrammabschnitte im Oszillogramm erkennbar, die eine eindeutige Identifikation von Reflexionen und eine eindeutige Zuordnung zu genau einem Leitungspaar erlauben. Diese bereichsumhüllenden Diagrammabschnitte erlauben bzgl. der Amplitude und der zeitlichen Lage auch eine zeitliche Lagezuordnung von Reflexionen und erst damit auch die Amplitudeneinordnung während der Einstellung eines einstellbaren Widerstands.Die messtechnische Bestimmung von Kabeleigenschaften und Kabelparametern eines realen Kabels, Kontrolle bei der Auslegung und Auswahl eines Kabels beim Aufbau und Einrichten von Bussystemen auch unter Beachtung und Hinzuziehung von parasitären Leitungspaaren ist sehr einfach möglich.In order to determine cable parameters in a real technical environment, the line speed vL and the characteristic impedance ZL of a line pair on the cable can be measured and other parameters can be determined from these measured values. The fact that a cable is reflection-free precisely when the end of the cable is terminated with the characteristic impedance can be used to determine the characteristic impedance. An adjustable resistor can be used to look for this resistance value. Because the reflections belonging to a line pair in an oscillogram are often difficult to distinguish from a disturbed signal background, both in terms of their time position and the respective reflection amplitude, and reflections from parasitic line pairs often are difficult to identify, a search adjustment of an adjustable resistor required for non-reflective properties is often difficult when only an oscilloscope or an oscillogram of the voltage at the cable input is available to check. If there is a unit to be connected at the end, which provides at least two different types of termination for a connected cable and which constantly switches automatically between these types of termination, the control required for a setting can also be carried out by displaying the signals on the oscilloscope . Such an exchange termination makes signal sections recognizable by area-enveloping diagram sections in the oscillogram, which allow a clear identification of reflections and a clear assignment to exactly one line pair. These area-enveloping diagram sections also allow a temporal position assignment of reflections with regard to the amplitude and the time position and only then also the amplitude classification during the setting of an adjustable resistance. The metrological determination of cable properties and cable parameters of a real cable, control during the design and selection of a cable when building and setting up bus systems, also taking into account and including parasitic line pairs is very easy.
Description
Die Erfindung stellt einen automatisch die Abschlussart wechselnden Kabelabschluss dar, der u.a. in Verbindung mit einem Impulsgenerator zur Bestimmung des Wellenwiderstands eines Kabels oder eines Leitungspaares (im Folgenden i.a. Kabel, ohne die Anwendung allein auf Kabel zu beschränken) genutzt werden und die Bestimmung der Leitungsgeschwindigkeit VL auf einem Kabel unterstützen kann.The invention represents a cable termination that automatically changes the type of termination, which is used, among other things, in connection with a pulse generator to determine the characteristic impedance of a cable or a pair of lines (hereinafter referred to as cable, without restricting the application to cables alone) and to determine the line speed V L can support on a cable.
Für eine theoretische Analyse und Beschreibung werden Kabel i.a. in Form eines zweiadrigen Kabels, d.h. durch zwei in Längsrichtung und i.W. parallel liegende Leitungsadern eingeführt. Durch infinitesimal kleine elektrisch-diskrete Elemente ersetzt gedacht, werden Eigenschaften durch Differentialgleichungen (DGL; Leitungsgleichungen) beschrieben. Die Lösungen dieser DGL werden aber nicht nur als mathematische Konstrukte gesehen, sondern werden auch als die Eigenschaften eines realen Kabels interpretiert. Eigenschaften eines realen Kabels werden mit den Lösungen gleichgesetzt und begründet.For a theoretical analysis and description, cables are i.a. in the form of a two-core cable, i.e. by two lengthways and i.W. parallel cable cores inserted. Thought to be replaced by infinitesimally small electrically discrete elements, properties are described by differential equations (DE; line equations). However, the solutions of this differential equation are not only seen as mathematical constructs, but are also interpreted as the properties of a real cable. Properties of a real cable are equated with the solutions and justified.
Bei Einspeisung eines elektrischen Signals in ein Kabel wird das Signal nach dem Durchlauf durch das Kabel am Ende des Kabels zumindest zum Teil reflektiert, wenn der Abschluss am Kabelende nicht dem jeweiligen Wellenwiderstand des Kabels entspricht. Der reflektierte Signalanteil läuft im Kabel zurück zum Einspeisepunkt, wird dort evtl. noch einmal reflektiert (und das evtl. mehrmals und mehrfach). Auch an Störungen bzw. Impedanz-Veränderungen im Verlauf des Kabels kann das Signal zumindest teilweise reflektiert werden.When an electrical signal is fed into a cable, the signal is at least partially reflected at the end of the cable after it has passed through the cable if the termination at the end of the cable does not correspond to the respective characteristic impedance of the cable. The reflected signal portion runs back in the cable to the feed point, where it may be reflected again (possibly more than once). The signal can also be at least partially reflected by disturbances or impedance changes in the course of the cable.
In der Praxis bestätigt sich das theoretisch beschriebene Verhalten der Reflexion sehr gut an Beispielen wie Antennenkabel, Koaxialkabel, aber auch an ganz anderen Kabel- und Leitungsformen. Für den reflektierten Anteil des Signals ist der jeweilige Abschluss bzw. die Abschlussart am Kabelende, also die am Kabelende liegende Impedanz bzw. eine im Kabelverlauf vorliegende Impedanzänderung entscheidend.In practice, the theoretically described behavior of the reflection is confirmed very well in examples such as antenna cables, coaxial cables, but also in completely different types of cables and lines. The respective termination or the type of termination at the end of the cable, i.e. the impedance at the end of the cable or a change in impedance along the route of the cable, is decisive for the reflected portion of the signal.
Unter Abschluss wird im gegebene Kontext eine an ein Kabelende (das durch den jeweiligen Kabelanfang definiert wird) oder an das Ende eines Wellenleiters, eines Leitungspaares usw. anzuschließende technische Einheit (ein Widerstand als Bauteil, ein Abschlussstück, eine Schaltung, ein System, usw.) verstanden, aber auch die physikalische Größe selbst, mit der ein Kabel oder Leitungspaar abgeschlossen wird (also eine Impedanz, eine Widerstandsgröße, die in der Einheit [Ω] anzugeben ist, usw.). Derart mehrdeutig, soll ein erfindungsgemäßer Kabelabschluss ebenfalls eine an ein Kabelende anzuschließende technische Einheit sein, soll aber mindestens zwei unterschiedliche Abschlüsse für ein jeweiliges Kabel (erfindungsgemäß schnell umschaltbar) bereitstellen; jeder dieser unterschiedlichen Abschlüsse (Abschluss mit dem Wellenwiderstand, kurzgeschlossen, offen, ...) kann die Art einer Reflexion (also den Reflexionsverlauf, das Reflexionsgeschehen, die Reflexionsamplitude usw.) unterschiedlich werden lassen und soll daher zur begrifflichen Unterscheidung als „Abschlussart“ aufgefasst und so bezeichnet werden.Termination, in the given context, is a technical entity (a component resistor, a terminator, a circuit, a system, etc.) to be connected to a cable end (defined by the beginning of each cable) or to the end of a waveguide, pair of wires, etc. ) understood, but also the physical quantity itself with which a cable or pair of lines is terminated (i.e. an impedance, a resistance quantity that is to be specified in the unit [Ω], etc.). Ambiguous in this way, a cable termination according to the invention should also be a technical unit to be connected to a cable end, but should provide at least two different terminations for a respective cable (quickly switchable according to the invention); Each of these different terminations (termination with the characteristic impedance, short-circuited, open, ...) can cause the type of reflection (i.e. the course of reflection, the reflection event, the reflection amplitude, etc.) to be different and should therefore be understood as a "type of termination" for conceptual differentiation and so called.
Ein erfindungsgemäßer (Kabel- oder Leitungspaar-)Abschluss ist daher eine an ein Kabelende anzuschließende technische Einheit, durch die zwei oder mehr Abschlussarten (Abschlüsse) für das jeweilige Kabel bereitgestellt werden. Zwischen den so bereitgestellten Abschlüssen kann der erfindungsgemäße Kabelabschluss (als technische Einheit) automatisch und schnell (in jeder Sekunde mehrmals) wechseln, kann dadurch an einem Kabelende, u.U. sehr schnell wechselnd, ganz unterschiedliche Abschlussarten bereitstellen. Zur begrifflichen Abgrenzung kann ein erfindungsgemäßer Kabelabschluss, als eine an ein Kabelende anzuschließende technische Einheit, auch als „Wechselabschluss“ und/oder als ein erfindungsgemäßer „automatischer Wechselabschluss“ bezeichnet werden.A (cable or wire pair) termination according to the invention is therefore a technical unit to be connected to a cable end, by means of which two or more types of terminations (terminations) are provided for the respective cable. The cable termination according to the invention (as a technical unit) can switch between the terminations provided in this way automatically and quickly (several times every second), and can thereby provide very different types of termination at one cable end, possibly changing very quickly. For conceptual delimitation, a cable termination according to the invention, as a technical unit to be connected to a cable end, can also be referred to as a “changeover termination” and/or as an “automatic changeover termination” according to the invention.
Bei den hier betrachteten Beispielen (vgl.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen können aber auch unter Verwendung anderer, z.B. sinusförmiger oder anderer Signale eingesetzt werden.However, the arrangements according to the invention can also be used using other, e.g. sinusoidal or other signals.
Eine Verwendung von Impulssignalen erlaubt zudem, am Oszilloskop das grundsätzliche Reflexionsverhalten eines Kabels zu erkennen und einzuordnen:
- - mit offenem Ausgang (in
- - bei Abschluss mit dem Wellenwiderstand Z (... jeweils bezeichnet mit b)
- - mit kurzgeschlossenem Ausgang (... jeweils bezeichnet mit c)
- - with open outlet (in
- - when terminated with the characteristic impedance Z (... each marked with b)
- - with short-circuited output (... each marked with c)
Die in den angedeuteten Messschaltungen der
Wenn das Kabelende (24) (wie z.B. in
Theorie und Praxis stimmen gut überein solange man die Betrachtungen auf zweiadrige Kabel beschränkt. Was sowohl in der Theorie, als auch bei der praktischen Nutzung eines Kabels einfach zu sein scheint (man nutzt z.B. einfach zwei der in einem gegebenen Kabel liegenden Leiter als Leitungspaar für eine Übertragung von Daten- und/oder Signalen), kann aber schnell kompliziert werden, wenn mehrere Leiterstränge (Leitungsadern) vorliegen.Theory and practice agree well as long as the considerations are limited to two-wire cables. What appears to be simple both in theory and in the practical use of a cable (e.g. simply using two of the conductors in a given cable as a pair of lines for transmitting data and/or signals), can quickly become complicated , if there are several conductor strands (cable cores).
Ein abgeschirmtes zweiadriges Kabel, d.h. ein langer Kabelstrang mit zwei innen liegenden, gegeneinander isolierten Leitungsadern, die zusätzlich von einer gemeinsamen Abschirmung umhüllt sind, weist nämlich nicht nur ein Leitungspaar auf, sondern bereits drei: Die beiden innen liegenden Leitungsadern sind i.a. das eine, zur Übertragung von Daten und Signalen eingesetzte erste Leitungspaar; aber auch jede der beiden Leitungsadern bildet zusammen mit der Abschirmung jeweils ein weiteres Leitungspaar aus, das bzgl. des ersten Leitungspaares gewissermaßen als „parasitär“ einzustufen ist.A shielded two-core cable, i.e. a long cable strand with two internal conductors insulated from one another and additionally encased in a common shield, has not just one pair of conductors, but already three: The two internal conductors are generally the first pair of lines used for the transmission of data and signals; however, each of the two wire cores forms, together with the shielding, a further pair of wires which is to a certain extent classified as “parasitic” with respect to the first pair of wires.
Als nur parasitär soll hier ein Leitungspaar verstanden (und im Folgenden weiterhin genannt) werden, wenn dieses Leitungspaar bei der Nutzung des im Vordergrund einer Betrachtung stehenden ersten Leitungspaares eigentlich gar keine Rolle spielen sollte, aber unvermeidlich doch (i.a. störend) Einfluss nehmen kann.A pair of lines should be understood here (and will continue to be referred to below) as only parasitic if this pair of lines should not actually play any role in the use of the first pair of lines that is the focus of consideration, but can inevitably have an influence (generally disruptive).
Diese „parasitären Leitungspaare“ weisen i.a. einen anderen Wellenwiderstand auf, als das erste Leitungspaar, aber jedes Leitungspaar, d.h. jede Leitungspaar-Kombination einzeln und für sich allein betrachtet zeigt eben auch das Phänomen von Reflexionen bei einem nicht mit dem Wellenwiderstand abgeschlossenen Kabelende.These "parasitic line pairs" generally have has a different characteristic impedance than the first line pair, but each line pair, i.e. each line pair combination considered individually and on its own, also shows the phenomenon of reflections at a cable end that is not terminated with the characteristic impedance.
Bei einem Koaxialkabel ist das einfach; es liegen einfach nur zwei Leitungen, also auch nur ein einzelnes Leitungspaar vor. Die Voraussetzung, dass Theorie und die Realität vergleichbar sind, sind weitgehend gegeben. Aber die Nutzung eines Leitungspaares in einem mehradrig ausgelegten Kabel (auch z.B. bei einem Flachbandkabel) kann durchaus problematisch werden, weil die jeweilige Umgebung einer Leitung des Leitungspaares eine u.U. nicht unerhebliche störende Rolle spielen kann.With a coaxial cable this is easy; there are simply only two lines, i.e. only a single pair of lines. The prerequisite that theory and reality are comparable are largely given. However, the use of a pair of lines in a multi-core cable (also e.g. with a flat ribbon cable) can certainly become problematic, because the respective environment of a line of the line pair can play a not inconsiderable disruptive role.
Oft ist in technischen Anlagen zu sehen, dass ein vorhandener Kabelabschluss sich nur auf das für die Datenübertragung vorgesehene (erste) Leitungspaar bezieht; die Umgebung wird ignoriert. Es ist aber nicht nur dieser eine Abschluss richtig auszulegen; um Reflexionsfreiheit wirklich zu erreichen, müssen in diesem Beispiel eines zweiadrigen abgeschirmten Kabels die Abschlüsse für alle drei Leitungspaare richtig ausgelegt werden. Das muss bei der Planung, bei der Auslegung und beim Aufbau z.B. eines Bussystems, und an sich sogar schon bei der Kabelauswahl und bereits bei der Auslegung eines solchen Kabels berücksichtigt werden. Es genügt oftmals nicht, den Wellenwiderstand eines Leitungspaares in einem Kabel allein zu betrachten und für dieses Leitungspaar den Abschluss mit diesem Wellenwiderstand allein richtig zu wählen; auch die gewissermaßen nur parasitären Leitungspaare müssen jeweils mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen sein.It can often be seen in technical systems that an existing cable termination only refers to the (first) line pair intended for data transmission; the environment is ignored. However, it is not only this one degree that is to be interpreted correctly; In order to really achieve freedom from reflection, in this example of a two-wire shielded cable, the terminations for all three wire pairs must be correctly designed. This must be taken into account when planning, designing and building a bus system, for example, and even when selecting the cable and when designing such a cable. It is often not enough to consider the characteristic impedance of a line pair in a cable alone and to choose the right termination for this line pair with this characteristic impedance alone; the to a certain extent only parasitic pairs of lines must also be terminated with their characteristic impedance.
In diesem Zusammenhang ist es interessant, dass diese Erweiterung der Betrachtung zu einem technisch gegebenen Kabel zunächst auch ganz nebensächlich erscheinende Kabeldetails und Kabel-Nutzungsdetails in den Fokus rücken kann: Zum Beispiel die Verdrillungssteigung von Leitungspaaren zur Elimination von B-Feld-Einkopplungen und/oder die Frage eines immer wieder Grundsatzdiskussionen auslösenden GND-Bezugs. Ob die Abschirmung eines Kabels besser am Anfang oder am Ende des Kabels mit GND verbunden wird, oder besser an beiden Enden, ist eine dabei gar nicht mehr so nebensächliche (aber erfindungsgemäß lösbare) Frage.In this context, it is interesting that this extension of the consideration of a technically given cable can initially also focus on seemingly irrelevant cable details and cable usage details: For example, the twist pitch of line pairs to eliminate B-field couplings and/or the question of a GND reference, which repeatedly triggers fundamental discussions. Whether the shielding of a cable is better connected to GND at the beginning or end of the cable, or better at both ends, is a question that is no longer so irrelevant (but can be solved according to the invention).
Beim Aufbau eines realen Systems fehlt aber i.a. oft die Möglichkeit für eine diesbezügliche messtechnische Einordnung (ein weiterer Grund, Details oft erst gar nicht erst weiter zu betrachten).When building a real system, however, i.a. often the possibility for a relevant metrological classification (another reason for not even considering details at all).
Um auch die zusätzlich parasitären Leitungspaare in einer vorliegenden Kabelkonstruktion messtechnisch einordnen (und richtig abschließen) zu können, auch um einen vorhandenen oder gewählten Kabelabschluss bewerten zu können, besteht also Bedarf an Hilfsmitteln mit denen Kabelparameter eines gegebenen Kabels, insbesondere der Wellenwiderstand und die Signal-Ausbreitungsgeschwindigkeit, bestimmt werden können.In order to also be able to classify (and correctly terminate) the additional parasitic line pairs in an existing cable construction, also in order to be able to evaluate an existing or selected cable termination, there is i.e. the need for tools with which the cable parameters of a given cable, in particular the characteristic impedance and the signal propagation speed, can be determined.
Wie ausgeführt, werden Kabeleigenschaften durch die Lösung der o.g. Differentialgleichung dargestellt, in der die Induktivitäts- und Kapazitäts-Beläge (L', C'), zusätzlich differentielle Widerstände (R', G') die wesentlichen Eigenschaften eines Kabels bestimmen. Unter den makroskopisch von außen erfassbaren Eigenschaften sind der Wellenwiderstand ZL und die Leitungsgeschwindigkeit vL zu nennen. Als ursächlich für den Kapazitätsbelag C' wird die Kapazitätsausbildung zwischen den Leitungsadern des Leitungspaares gesehen, mit dem dazwischen liegenden Isolationsmaterial als Dielektrikum. L' und R' sind Parameter, die jeder elektrischen Leitung als Eigenschaft zugewiesen werden können. L' ist bei einem gegebenen Kabel nicht leicht einer Messung zugänglich.As explained, cable properties are represented by the solution of the above differential equation, in which the inductance and capacitance per unit length (L', C'), additional differential resistances (R', G') determine the essential properties of a cable. Among the properties that can be detected macroscopically from the outside are the characteristic impedance Z L and the line speed v L . The cause of the capacitance per unit length C' is considered to be the capacitance development between the line cores of the line pair, with the insulating material in between acting as a dielectric. L' and R' are parameters that can be assigned as a property to any electrical line. L' is not easily amenable to measurement for a given cable.
Die Leitungsgeschwindigkeit vL (Ausbreitungsgeschwindigkeit) auf einem Leitungspaar kann grundsätzlich direkt mit einem Oszilloskop ermittelt werden, indem der zeitliche Versatz von Signalen an zwei Punkten entlang des Leitungsweges gemessen wird. Die damit erreichbare Auflösung wird durch das Oszilloskop und die Ablesegenauigkeit bestimmt. Alternativ kann eine Phasenverschiebung von periodischen Signalen gemessen werden, die von der Leitungsgeschwindigkeit vL und von der Länge des Kabels (laufzeitbedingt) abhängt. Diese Phasenverschiebung kann mit sehr hoher Genauigkeit bis in den Picosekundenbereich einfach bestimmt werden.The line speed v L (propagation speed) on a line pair can basically be determined directly with an oscilloscope by measuring the time offset of signals at two points along the line path. The achievable resolution is determined by the oscilloscope and the reading accuracy. Alternatively, a phase shift of periodic signals can be measured, which depends on the line speed v L and the length of the cable (depending on the propagation time). This phase shift can easily be determined with very high accuracy down to the picosecond range.
Wenn der Wellenwiderstand ZL eines realen Kabel messtechnisch erfasst werden kann, dann kann aus den am realen Kabel gemessenen Werten für ZL und vL der Theorie folgend, auch z.B. L' = ZL/vL und C' = (vL ZL)-1 zu diesem realen Kabel bestimmt werden.If the characteristic impedance Z L of a real cable can be measured, then from the values for Z L and v L measured on the real cable, following the theory, also e.g. L' = Z L /v L and C' = (v L Z L ) -1 can be determined for this real cable.
In diesem Zusammenhang ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit der der Wellenwiderstand eines Kabels einfach bestimmt bzw. eingeordnet werden kann, um für Kabel und Leiterpaare - auch für parasitäre Leitungspaare - die für einen reflexionsfreien Abschluss notwendigen Abschlüsse bestimmen zu können und/oder um Kabelparameter bestimmen zu können.In this context, the object of the invention is to specify a method and an arrangement with which the characteristic impedance of a cable can be easily determined or classified in order to determine the terminations necessary for a reflection-free termination for cables and conductor pairs - including for parasitic conductor pairs and/or to be able to determine cable parameters.
Die Bestimmung von ZL=SQRT(L' / C') (SQRT... = Wurzel aus ...) und damit die Lösung der Aufgabe erfolgt durch Nutzung der Eigenschaft von Kabeln (Leitungspaaren, u.a.), dass
- - sich diese gegenüber Signalen wie Wellenleiter mit der Fähigkeit zur Reflexion von Signalen verhalten, dass
- - das Reflexionsverhalten i.W. durch Impedanzwechsel im Leitungsverlauf bzw. durch den Leitungsabschluss bestimmt wird und dass
- - ein Wellenleiter reflexionsfrei ist, wenn der Abschluss mit dem Wellenwiderstand Z erfolgt.
- - these behave towards signals like waveguides with the ability to reflect signals, that
- - the reflection behavior iW is determined by impedance changes in the course of the line or by the line termination and that
- - a waveguide is reflection-free if it is terminated with the characteristic impedance Z.
Wesentlich ist die erfindungsgemäße Nutzung des Umkehrschlusses, nämlich dass ein Kabel, dessen Kabelende mit einem einstellbaren Widerstand abgeschlossen ist, dann reflexionsfrei ist, wenn der eingestellte Widerstandswert gerade dem Wellenwiderstand Z entspricht.The inventive use of the inverse conclusion is essential, namely that a cable whose cable end is terminated with an adjustable resistor is non-reflecting when the adjusted resistance value corresponds precisely to the characteristic impedance Z.
Dafür muss man durch Einstellung des einstellbaren Widerstandes am Kabelende den Zustand aufsuchen, der reflexionsfrei ist, muss den dafür eingestellten (ohmschen) Widerstand messen und hat damit auch den Wellenwiderstand des entsprechenden Leiterpaares bestimmt.To do this, you have to find the state that is reflection-free by setting the adjustable resistance at the end of the cable, you have to measure the (ohmic) resistance that is set for this and you have also determined the characteristic impedance of the corresponding conductor pair.
Der erfindungsgemäße Gedanke und Ansatz geht aber zudem von der Erfahrung aus, dass die Einstellung des einstellbaren Widerstands für eine Reflexionsfreiheit meist schwer möglich ist, wenn zur Kontrolle nur ein das Reflexionsgeschehen allein darstellendes Oszillogramm bzw. ein Oszilloskop zur Verfügung steht.However, the idea and approach according to the invention is also based on the experience that it is usually difficult to set the adjustable resistance for freedom from reflection if only an oscillogram or an oscilloscope that shows the reflection process is available for control purposes.
Unter Oszilloskop soll im Folgenden das in einem Elektroniklabor übliche Messinstrument mit einer x- und y-Ablenkung verstanden werden, aber auch jedes Verfahren, das einen z.B. mit einer Messspitze unmittelbar erfassten zeitlichen Spannungs-Signalverlauf auf einem Bildschirm (als ein Oszillogramm) darstellen kann.In the following, an oscilloscope is to be understood as the measuring instrument with an x and y deflection that is customary in an electronics laboratory, but also any method that can display a time-related voltage signal curve, e.g. recorded directly with a measuring tip, on a screen (as an oscillogram).
Der mit einem Oszilloskop (10) (vgl.
Ein solcher Kurvenverlauf (vgl.
Wenn zwei Reflexionsverläufe, z.B. zur Abschlussart Kurzschluss (also R=0, kleiner geht nicht) und offen (also R=∞, größer geht nicht) betrachtet werden, dann liegen die zugehörigen Reflexionen zeitlich an den gleichen Stellen, weisen aber unterschiedliche Amplituden auf. Die zu verschiedenen Abschlussarten gehörenden Kurvenverläufe bzw. die unterschiedlichen Oszillogramme bilden, gemeinsam dargestellt (vgl.
In diesem kleinen so umhüllten Intervallbereich, werden sich alle anderen Reflexionsverläufe an diesem Kabel zu Abschlusswerten 0 < R < oo, auch R=Z aufhalten.In this small interval range covered in this way, all other reflection courses on this cable will remain at
Wichtig ist, dass sich diese umhüllten Intervallbereiche von unterschiedlichen Abschlussarten i.a. nur zu mindestens zwei Reflexionsverläufen ergeben, die eindeutig dem Kabel zugeordnet sind, an dem die Messspitze liegt und an dem der Wechsel der Abschlussart stattfindet.It is important that these enveloped interval ranges of different types of closure i.a. only result in at least two reflection profiles that are clearly assigned to the cable on which the measuring tip is located and on which the change in the type of termination takes place.
Beim Abschluss mit dem Wellenwiderstand am Ende eines Kabels treten keine Reflexionen auf (
Mit einem Schalter ist es möglich, die Zustände offen und kurzgeschlossen umschaltbar einzustellen, so wie das
Eine bildliche Überlagerung kann aber, zumindest für einen menschlichen Betrachter, auch mit einem Oszilloskop bereitgestellt werden, wenn zwischen den verschiedenen Abschlüssen schnell genug umgeschaltet werden kann: Wenn in jeder Sekunde z.B. mindestens dreimal oder häufiger zwischen mehreren Abschlussformen (z.B. das offene, kurzgeschlossene und mit einem einstellbaren Widerstand versehene Kabelende) gewechselt wird, dann stellt sich durch Trägheit des Auges dem menschlichen Betrachter das ebenfalls als überlagertes Bild der verschiedenen Reflexionsformen zu diesen Abschlüssen dar.However, a pictorial overlay can also be provided, at least for a human observer, with an oscilloscope if it is possible to switch between the different terminations quickly enough: if every second, for example, at least three or more times between several termination forms (e.g. the open, short-circuited and with cable end provided with an adjustable resistance) is changed, then due to inertia of the eye, the human observer also sees this as a superimposed image of the various forms of reflection at these terminations.
Um die Reflexionen als stabiles Bild auf dem Oszilloskop zu sehen, muss die Impulsfrequenz größer als diese Umschalthäufigkeit sein. Das definiert relativ geringe Anforderungen an den Impulsgenerator (12), der z.B. 10ns-Impulse (1) mit z.B. einer Frequenz von ca. 30kHz (7) bereitstellt, als auch an einen erfindungsgemäß automatischen Kabelabschluss, der in jeder Sekunde mehrmals zwischen offen, Kurzschluss und einstellbarem Widerstand den Abschluss für ein gegebenes Kabel wechselt.In order to see the reflections as a stable picture on the oscilloscope, the pulse frequency must be greater than this switching frequency. This defines relatively low requirements for the pulse generator (12), which provides, for example, 10ns pulses (1) with, for example, a frequency of approx and adjustable resistance changes the termination for a given cable.
Abhängig von der jeweiligen Anwendung kann ein automatisch ausgeführter Wechsel in beliebigen Zeitabständen erfolgen, also z.B. im gleichmäßigen Abstand einer Periode (z.B. einer Sekunde oder einem Bruchteil davon) zwischen den mehreren Abschlussarten in gleichmäßigen Abständen wechseln, kann aber auch in den gleichmäßigen Zeitabständen einer Periode die Abschlussarten in ungleichmäßigen zeitlichen Abständen wechseln. Das heißt ein Abschlussartwechsel kann in beliebigen schnellem Zeitabständen erfolgen, sofern die Geschwindigkeit der Wechsel es ermöglicht, das Reflexionsgeschehen von mehreren Abschlussarten gleichzeitig zu erfassen bzw. wahrzunehmen.Depending on the respective application, an automatically executed change can take place at any time intervals, e.g. at regular intervals of a period (e.g. a second or a fraction thereof) between the several types of trades at regular intervals, but can also be carried out at regular intervals of a period Change deal types at uneven time intervals. This means that a change in the type of termination can take place at any rapid time interval, provided that the speed of the change makes it possible to record or perceive the reflection process from several types of termination at the same time.
Dadurch, dass durch den automatischen Wechselabschluss mindestens zwei unterschiedliche Abschlussarten zu dem jeweiligen Kabel quasi gleichzeitig bereitgestellt werden, entstehen neue Bildelemente, die im normalen Oszillogramm sonst evtl. gar nicht wahrnehmbar sind, wie z.B. eine intervallumhüllende (30) (31) Kurve (Augendiagramm), die damit überhaupt erst zugänglich sind. Dadurch wird die zeitliche Lagezuordnung von Reflexionen ermöglicht und auch eine während einer Einstellung notwendige Amplitudeneinordnung ist so möglich.Due to the fact that at least two different types of termination for the respective cable are provided quasi-simultaneously by the automatic switch termination, new picture elements are created that may not otherwise be perceptible in the normal oscillogram, such as an interval-enveloping (30) (31) curve (eye diagram) , which are only accessible in the first place. This enables the temporal position allocation of reflections and also enables the amplitude classification that is necessary during an adjustment.
Dadurch, dass Reflexionen bei einem offenem Kabelende (
Andere Signalelemente oder Stellen im Kurvenverlauf (Funktionsverlauf),
- - die nicht durch einen wechselnden Kabelabschluss beeinflusst sind oder
- - Reflexionen, die von anderen (z.B. parasitären) Leitungspaaren stammen und dadurch ebenfalls nicht vom Wechselabschluss beeinflusst werden,
bleiben auch in einer solchen überlagerten Darstellung (32) i.W. gleich (vgl. in
- - which are not affected by a changing cable termination or
- - Reflections that come from other (e.g. parasitic) line pairs and are therefore also not influenced by the alternating termination,
remain essentially the same in such a superimposed representation (32) (cf. in
Wichtig ist, dass erst durch die Überlagerung von mindestens zwei unterschiedlichen Reflexionsverläufen (
An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine paarweise Reflexionsverläufe nutzende rechnerische Differenzbildung diese Bereiche ebenfalls genau einer Reflexion hervorheben kann, wie z.B.
Auch ein Einsatz von (analogen oder digitalen) Speicheroszilloskopen verlässt den Bereich der Erfindung nicht, da ein erfindungsgemäßer Wechselabschluss auch hier notwendig ist; allerdings kann dann die Wechselgeschwindigkeit evtl. weit herabgesetzt werden.The use of (analogue or digital) storage oscilloscopes does not leave the scope of the invention either, since an exchange termination according to the invention is also necessary here; however, the exchange speed can then possibly be greatly reduced.
Die Erfindung soll anhand von
Die in den Beispielen dargestellten Impulse, z.B. in
Wenn dieses Impulssignal am Einspeisungspunkt (definitionsgemäß der Kabelanfang (2)) z.B. mit einem Oszilloskop (10) beobachtet wird, dann sind auf das eingespeiste Impulssignal (3) nach einer Zeit tL (4) (hier 45ns), die der Laufzeit des Signals über die doppelte Kabellänge (hin und zurück z.B. 9m) entspricht, Reflexionen zu sehen ((5), evtl. auch (6),
Zur Ermittlung des Wellenwiderstands ZL eines Kabels (13) (
Ein Abschluss als eine an ein Kabelende anzuschließende technische Einheit kann spezifische Widerstandswerte bereithalten bzw. zuschalten (R=0, R=∞, R=Z, usw.) und die Widerstände als Abschluss auf einem Kabelende schalten.A termination as a technical unit to be connected to a cable end can provide or connect specific resistance values (R=0, R=∞, R=Z, etc.) and switch the resistances as a termination on a cable end.
Wird die Spannung am Kabelanfang (2) mit einem Oszilloskop (10) beobachtet (wofür ein Messkabel (17) mit z.B. einer Messpitze (19) benötigt wird), sind sowohl das Generatorsignal (3), als auch die auf das Signal zeitlich versetzt (4) einlaufenden Reflexionen (5), evtl. (6) und evtl. auch (18) zu sehen.If the voltage at the beginning of the cable (2) is observed with an oscilloscope (10) (for which a measuring cable (17) with, for example, a measuring tip (19) is required), both the generator signal (3) and the signal on the signal are offset in time ( 4) incoming reflections (5), possibly (6) and possibly also (18) can be seen.
-
diesem Beispiel 2*4,7m/45ns = 209.000km/s, beträgt auf dem Beispielkabel also ca. 2/3 der Vakuum- Lichtgeschwindigkeit.
Bei offenem (
Zudem kann man jetzt (im Vergleich zur Darstellung der
Damit liegen insgesamt vier Reflexionskurven vor, die als Grenzwerte relevant sind und die als besondere Abschlussart genutzt werden: Sie gehören zu den (ohmschen) Abschlüssen R=0, R=∞, R=Z und R=RP (
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass Oszillogramme im Stand der Technik an einem Oszilloskop ohne nachgeschaltete Bildverarbeitung und ohne einen Überlagerungsmodus immer einzeln vorliegen und es daher schwer ist, eine angestrebte Nicht-Reflexion durch Einstellung am Poti zu erkennen und zu erreichen.In summary, it can be stated that oscillograms in the prior art are always present individually on an oscilloscope without downstream image processing and without an overlay mode, and it is therefore difficult to recognize and achieve a desired non-reflection by adjusting the potentiometer.
Als wichtiger Punkt der Anwendung eines erfindungsgemäßen Wechselabschlusses ist zu sehen, dass bei einem vorgegebenen Kabel nicht nur der Abschluss des i.a. für die Signal- bzw. Datenübertragung vorgesehenen ersten Leitungspaares bewertet werden kann, sondern jetzt zusätzlich auch die Abschlüsse von parasitären Leitungspaaren. Dazu kann z.B. ein erfindungsgemäßer Abschluss auch einem parasitären Leitungspaar zugeordnet und der Wellenwiderstand, wie zuvor beschrieben, auch von diesem parasitären Leitungspaar ermittelt werden und mit dem so ermittelten Wellenwiderstand wiederum kann auch das parasitäre Leitungspaar reflexionsfrei abgeschlossen werden. Offene Fragen können vorab geklärt werden: Sind z.B. zwei Leitungen jeweils besser einzeln abzuschirmen oder genügt eine gemeinsame Abschirmung; wie wirkt sich die Steigung einer Verdrillung aus; wie und wo muss der GND-Bezug hergestellt werden, usw.An important point of the application of an exchange termination according to the invention can be seen that with a given cable not only the termination of the i.a. first line pair provided for signal or data transmission can be evaluated, but now also the terminations of parasitic line pairs. For this purpose, for example, a termination according to the invention can also be assigned to a parasitic line pair and the characteristic impedance, as described above, can also be determined from this parasitic line pair and the parasitic line pair can in turn be terminated reflection-free with the characteristic impedance determined in this way. Unanswered questions can be clarified in advance: For example, is it better to shield two lines individually or is it sufficient to have a common shield; how does the pitch of a twist affect it; how and where must the GND reference be made, etc.
Erst wenn alle Leitungspaare, auch die parasitären Leitungspaare reflexionsfrei abgeschlossen sind, können Störungen durch Reflexionen auf Leitungen und Kabel wirklich ausgeschlossen werden.Only when all line pairs, including the parasitic line pairs, are terminated without reflection can interference from reflections on lines and cables really be ruled out.
Wenn das Signal eines Impulsgenerators am Kabelanfang und die Reflexionen vom Ende des Kabels mit einem Oszilloskop erkannt werden können und am Kabelende ein Widerstand so eingestellt werden kann, dass Reflexionsfreiheit vorliegt, dann ist mit diesem eingestellten Widerstand auch der Wellenwiderstand ZL=SQRT(L'/C') des Kabels gefunden, der daraufhin diesem Kabelpaar als Kabelabschluss zuzuordnen ist.If the signal of a pulse generator at the beginning of the cable and the reflections from the end of the cable can be seen with an oscilloscope and a resistor can be adjusted at the end of the cable in such a way that there is no reflection, then with this adjusted resistor the characteristic impedance Z L =SQRT(L'/C') of the cable, which is then assigned to this cable pair as a cable termination.
Um das Einstellen des Abschlusswiderstandes zu ermöglichen, zumindest zu erleichtern, wird der Abschluss des Kabels - in relativ kurzen Zeitabständen sich wiederholend - gewechselt, wodurch vom Betrachter am Oszilloskop die zugehörigen Reflexionsverläufe praktisch gleichzeitig wahrnehmbar sind (z.B. zu Kurzschluss-, offen- und zu Z als Abschlussart).In order to enable or at least make it easier to set the terminating resistor, the termination of the cable is changed - repetitively at relatively short intervals - so that the viewer on the oscilloscope can perceive the associated reflection curves practically simultaneously (e.g. for short-circuit, open and Z as a type of degree).
Eine bevorzugte Anwendung eines solchen erfindungsgemäßen Kabel-Abschlusses liegt mit der Zeitbereichs-Reflektometrie vor. Bei solchen Messungen kann es sinnvoll sein, einen erfindungsgemäß automatisch umschaltbaren Kabelabschluss so auszulegen, dass zusätzliche oder bestimmte Werte von Abschluss-Widerständen, z.B. für Grenzwertvorgaben, genutzt werden können.A preferred application of such a cable termination according to the invention is with time domain reflectometry. With such measurements, it can make sense to design a cable termination that can be switched automatically according to the invention in such a way that additional or specific values of terminating resistors, e.g. for limit value specifications, can be used.
Ein erfindungsgemäßer Kabelabschluss kann generell zusätzlich Abschluss-Widerstandswerte für die Darstellung von Grenzwerten oder auch Wertgrenzen aufweisen. Erfindungsgemäße Abschlüsse können damit mindestens drei Abschlussarten aufweisen, zwischen denen der Kabelabschluss automatisch wechseln kann.A cable termination according to the invention can generally also have termination resistance values for representing limit values or also value limits. Terminations according to the invention can thus have at least three types of termination between which the cable termination can switch automatically.
Ein durch umhüllende Kurven erkennbarer Einstellbereich kann gezielt symmetrisiert werden, indem z.B. zu dem gegebenen Rp (z.B. 2kΩ) des einstellbaren Widerstandes mit dem sich eine Impulsamplitude bei R=Rp als Reflexions-Maximalwert einstellt, nur ein „Fast-Kurzschluss“ ausgewählt angepasst wird (z.B. durch Abschluss mit R=10Ω oder P=5Ω). Das kann derart geschehen, dass die positive äußere Umhüllungskurve (36), die beim Abschluss mit 2kΩ ja kleiner ausfällt, als bei R=∞, und die negative äußere Umhüllungskurve (37), die durch einen Abschluss mit z.B. 5Ω betragsmäßig kleiner ausfällt, als bei R=0, gleich große Amplituden (34) (35) aufweisen.A setting range recognizable by enveloping curves can be made symmetrical in a targeted manner, for example by only adapting a “near short circuit” to the given R p (e.g. 2kΩ) of the adjustable resistor with which a pulse amplitude at R=R p is set as the maximum reflection value (e.g. by terminating with R=10Ω or P=5Ω). This can happen in such a way that the positive outer enveloping curve (36), which is smaller when terminated with 2kΩ than with R=∞, and the negative outer enveloping curve (37), which is smaller in terms of absolute value due to a termination with 5Ω, for example at R=0, have equal amplitudes (34) (35).
Ein sich auf diese Weise durch zwei symmetrisch zum reflexionsfreien Zustand liegende Kurven ergebender Einstellbereich kann z.B. den vollständigen Kurzschluss (37) und den offenen Zustand (ähnliche Lage wie (36)) auch gar nicht mehr vorsehen: Wenn umhüllende Kurven durch nahe am Wellenwiderstand liegende Abschlusswerte vorgegeben und damit evtl. zulässige Werte für den Wellenwiderstandswert dargestellt werden, dann kann der am Oszilloskop für den Nutzer sichtbare Bereich durch eine geeignete Einstellung des y-Verstärkers des Oszilloskops aufgespreizt werden; eine Einstellung des Potis kann so präziser und noch einfacher erfolgen; die Lage von Kabeleigenschaften oder -parametern bzgl. definierter Grenzen kann so für Testzwecke visuell eingeordnet werden.An adjustment range resulting in this way from two curves lying symmetrically to the anechoic state can, for example, no longer provide for the complete short circuit (37) and the open state (similar to (36)): are specified and thus any permissible values for the characteristic impedance value are displayed, then the range visible to the user on the oscilloscope can be expanded by suitably setting the y-amplifier of the oscilloscope; an adjustment of the potentiometer can be done more precisely and even easier; the position of cable properties or parameters with regard to defined limits can thus be classified visually for test purposes.
Es sei angemerkt, dass die in den Beispielen bzgl. des Testimpulssignals zeitlich sehr deutlich unterscheidbar liegenden Reflexionen nicht unbedingt weit voneinander weg liegen müssen. Die Diagramme der
Eine bevorzugte Anwendungen eines solchen erfindungsgemäßen Kabelabschlusses sind Zeitbereichs-Reflektometrie-Messungen. Dafür kann es sinnvoll sein, zwischen der Position des verwendeten Impulsgenerators und der Position des erfindungsgemäßen Kabelabschlusses einen Datenaustausch einzurichten, der drahtgebunden oder auch drahtlos erfolgen kann:
- Da die beschriebenen Beobachtungen am Oszilloskop, d.h. i.a. am Kabeleingang stattfinden, der Nutzer sich bei der Einstellung des einstellbaren Widerstandes aber am Kabelabschluss befinden muss, kann das bei Messungen an bereits gelegten längeren Kabelstrecken mühsam werden, wenn sich Kabelanfang und Kabelende in einer größeren Distanzbefinden. Hier kann ein Datenaustausch zwischen der Position des Kabelanfangs (der Position des Oszilloskops mit Impulsgenerators) und der jeweiligen Position des erfindungsgemäßen Kabelabschlusses sehr nützlich sein. Denkbar sind z.B. Steuerungssignale, um von der Position des Beobachters aus ein digitales Potentiometer im erfindungsgemäßen Kabelabschluss einstellen zu können. Ein digitales Potentiometer könnte z.B. statt eines analogen Potentiometers (in
- Since the observations described take place on the oscilloscope, i.e. at the cable entry, but the user has to be at the cable termination when setting the adjustable resistance, this can become tedious when measuring on longer cable sections that have already been laid if the cable beginning and cable end are at a greater distance. Here a data exchange between the position of the beginning of the cable (the position of the oscilloscope with pulse generator) and the respective position of the cable termination according to the invention can be very useful. Control signals are conceivable, for example, in order to be able to set a digital potentiometer in the cable termination according to the invention from the observer's position. For example, a digital potentiometer could be used instead of an analog potentiometer (in
Dass ein solcher Datenaustausch zwischen der Position des Impulsgenerators und der Position des Kabelabschlusses während eine Einstellung am Kabelabschluss auch durch Übertragung der Oszilloskop-Daten bzw. -Bilder erfolgen kann, ist naheliegend, weil und/oder wenn Oszilloskope an das Intranet oder Internet angebunden werden können. Allerdings kann es dann auch sinnvoll sein, (vgl.
Der Impulsgenerator kann damit selbst eine umfangreichere technische Einheit darstellen, die
- - neben dem eigentlichen Impulsgenerator (12)
- - eine Digitalisierungseinheit (19) und
- - Mittel zur Übertragung von Daten aufweist,
- - next to the actual pulse generator (12)
- - a digitizing unit (19) and
- - has means for the transmission of data,
Die Bildüberlagerung kann dann am Kabelende, z.B. auch an einem PC, aus Einzelmessungen zusammengesetzt und dort dargestellt werden, auch automatisiert.The image overlay can then be composed of individual measurements at the end of the cable, e.g. also on a PC, and displayed there, also automatically.
Wesentlich ist, dass dem Nutzer die für eine Einstellung des analog oder digital einstellbaren Widerstandes zur Kontrolle benötigten Kurven bildlich während der Einstellung in Echtzeit zugänglich sind. Dafür müssen z.B. die Grenzkurven (20) (21) in
Dabei sind u.a. die folgenden Anordnungs-Kombinationen sinnvoll (vgl.
- - Impulsgenerator (12) mit einem Ausgang zum Anschluss (2) an ein Kabel (13) und mit einem Ausgang (19) zum Anschluss eines Oszilloskops (10) mittels Messleitung (17), in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Kabelabschluss (14), der einen einstellbaren Widerstand aufweist;
- - Impulsgenerator (12) mit einem Ausgang zum Anschluss (2) an ein Kabel (13) und mit einem Ausgang (19) zum Anschluss eines Oszilloskops (10) mittels Messleitung (17), mit Mitteln zur Datenübertragung an den (evtl. entfernt liegenden) Ort eines erfindungsgemäßen Kabelabschlusses, um dort
- ◯ einen einstellbaren Widerstand steuern und einstellen zu können oder um dort
- ◯ die Oszillogramme zur Verfügung zu stellen,
- ◯ ein einstellbarer Widerstand eingestellt oder gesteuert werden kann, oder
- ◯ übertragene Oszillogramme dargestellt werden können.
- - Pulse generator (12) with an output for connection (2) to a cable (13) and with an output (19) for connecting an oscilloscope (10) by means of a measuring line (17), in combination with a cable termination (14) according to the invention has an adjustable resistance;
- - Pulse generator (12) with an output for connection (2) to a cable (13) and with an output (19) for connecting an oscilloscope (10) by means of a measuring line (17), with means for data transmission to the (possibly remote) ) Location of a cable termination according to the invention to there
- ◯ to be able to control and adjust an adjustable resistance or to there
- ◯ to provide the oscillograms,
- ◯ an adjustable resistance can be set or controlled, or
- ◯ transmitted oscillograms can be displayed.
Es sei angemerkt, dass ein erfindungsgemäßer Kabelabschluss durch die Ausbildung der Umhüllenden auch für die Ermittlung der Signalleitungsgeschwindigkeit vL (zusätzlich zur Ermittlung des Wellenwiderstands ZL) eines Kabels nützlich ist. Durch die Darstellung der Umhüllenden im Oszillogramm kann genau erkannt werden, wo eine Reflexion zeitlich wirklich vorliegt. Bei nachschwingenden und/oder gestörten Signalen bzw. Leitungen sind Reflexionen dadurch leichter erkennbar, dass eine Hüllkurvenausbildung nur von dem Leitungspaar stammen kann, an dem der erfindungsgemäße Abschluss liegt.It should be noted that a cable termination according to the invention is also useful for determining the signal line speed v L (in addition to determining the characteristic impedance Z L ) of a cable due to the design of the envelope. By displaying the envelope in the oscillogram, it is possible to identify exactly where a reflection is actually present in terms of time. In the case of oscillating and/or disturbed signals or lines, reflections can be identified more easily because an envelope curve formation can only come from the pair of lines on which the termination according to the invention is located.
Indem ein Impulsgenerator sehr kurze Impulse als Testsignale erzeugt, können mittels eines erfindungsgemäßen Wechselabschlusses die zu einem Abschluss zugehörigen Reflexionen eindeutig erkannt und von anderen Signalanteilen unterschieden werden. Daraus ergibt sich, dass bei der Bestimmung der Signalleitungsgeschwindigkeit vL auf einem Kabel sich auch Mehrfachreflexionen eignen können. Anhand von
Eine solche Identifikationsmöglichkeit durch umhüllende Kurvenabschnitte ist besonders bei mehrfach möglichen Reflexionen nützlich, z.B. wenn mehrere Kabel an einer Signalquelle angeschlossen sind oder bei mehreren seriell verbundenen Kabelstücken, usw. Hier ist das im Kontext aber besonders bei der Einordnung von Reflexionen zum jeweiligen Leitungspaar und/oder zu den parasitären Leitungspaaren von Nutzen.Such an identification option by means of enveloping curve sections is particularly useful in the case of multiple possible reflections, e.g. when several cables are connected to a signal source or in the case of several serially connected cable pieces, etc. Here, however, this is particularly relevant in the context of classifying reflections for the respective line pair and/or to the parasitic wire pairs.
Wenn sowohl an einem definierten Leitungspaar eines Kabels, als auch an den sich dazu ergebenden parasitären Leitungspaaren jeweils ein Wechselabschluss gelegt wird, dann können Reflexionen schnell und gezielt den unterschiedlichen Leitungspaaren zugeordnet werden. Insbesondere dabei kann es nützlich sein, wenn durch Datenübertragung zwischen Kabelanfang und Kabelende Kommunikations- und/oder Steuerungsmöglichkeiten bestehen.If both on a defined pair of wires of a cable, as well as on the resulting If an alternating termination is placed at the end of each parasitic line pair, then reflections can be quickly and specifically assigned to the different line pairs. In particular, it can be useful if there are communication and/or control options through data transmission between the beginning and end of the cable.
Ein Kabelabschluss von evtl. mehreren Kabelabschlüssen kann dann auf diese Weise z.B. aktiviert und/oder deaktiviert werden.A cable termination of possibly several cable terminations can then be activated and/or deactivated in this way, for example.
Dass auf diese Weise die Möglichkeit besteht, für mehrfache Leitungspaare und auch für die sich dazu ergebenden parasitären Leitungspaare die benötigten Abschlüsse auch automatisiert zu bestimmen, sei nur am Rande erwähnt. Geeignet ausgelegt, kann für mehradrige Kabel ein geeignet ausgelegtes Gerät alle notwendigen Abschlusswerte auch selbst lernen. So können z.B. für die drei Leitungspaare eines zweiadrigen abgeschirmten Kabels, das neben einem eigentlichen Datenübertragungs-Leitungspaar jeweils noch zwei parasitäre Leitungspaare aufweist, die benötigten Abschlüsse manuell und/oder automatisch bestimmt werden, wenn durch Datenübertragung zwischen Kabelanfang und Kabelende Kommunikations- und/oder Steuerungsmöglichkeiten bestehen.The fact that it is possible in this way to automatically determine the required terminations for multiple pairs of lines and also for the resulting parasitic pairs of lines should only be mentioned in passing. With a suitable design, a suitably designed device can also learn all the necessary termination values for multi-core cables itself. For example, for the three line pairs of a two-wire shielded cable, which has two parasitic line pairs in addition to an actual data transmission line pair, the required terminations can be determined manually and/or automatically if communication and/or control options are possible through data transmission between the beginning and end of the cable consist.
Es sei zudem noch angemerkt, dass ein erfindungsgemäßer Kabelabschluss durch die Ausbildung der Umhüllenden auch für die Ermittlung von Störstellen an einem Kabel bei allgemeinen Zeitbereichs-Reflexionsmessungen sinnvoll eingesetzt werden kann: Nur jeweils das mit einem erfindungsgemäßen Abschluss versehene Kabel zeigt ein Reflexionsgeschehen, das den mindestens zwei Abschlussarten als umhüllende Kurve zugeordnet werden kann. Das kann wiederum nur eines sein, das vom Kabelende her kommt, weil ja nur dort der Kabel-Wechselabschluss liegt und zwischen zwei Zuständen automatisch und periodisch wechselt. In einer zur Ermittlung von Störstellen an einem Kabel durchgeführten allgemeinen Zeitbereichs-Reflexionsmessung können somit die vom Ende her kommenden Reflexionen durch die Erscheinung der umhüllenden Kurve eindeutig identifiziert und jede dazwischen liegende Störstellen-Reflexion davon abgegrenzt und eindeutig zugeordnet werden. Darüber hinaus kann die relative geometrische Lage der Störungsstelle auf der Gesamtlänge des Kabels exakt durch die relative zeitliche Lage einer Störstellenreflexion zwischen Startimpuls und Endstellenreflexion eingeordnet werden. Wenn die Leitungsgeschwindigkeit auf der gesamten Kabelstrecke konstant ist, kann das sogar ohne Kenntnis der tatsächlichen Leitungsgeschwindigkeit erfolgen.It should also be noted that a cable termination according to the invention can also be used sensibly for determining faults on a cable in general time-domain reflection measurements due to the design of the envelope: Only the cable provided with a termination according to the invention shows a reflection event that at least two termination types can be assigned as an enveloping curve. Again, this can only be one that comes from the end of the cable, because that is where the cable change termination is located and changes automatically and periodically between two states. Thus, in a general time-domain reflectance measurement performed to detect imperfections on a cable, the reflections coming from the end can be uniquely identified by the appearance of the envelope curve, and any intervening impurity reflections can be isolated and uniquely assigned. In addition, the relative geometric position of the point of disturbance along the entire length of the cable can be classified exactly by the relative position in time of a point of disturbance reflection between the start pulse and the end point reflection. If the line speed is constant along the entire cable run, this can be done even without knowing the actual line speed.
Für die Bestimmung des Wellenwiderstandes wird mit dem einstellbaren Widerstand (97) eine Einstellung gesucht, bei der das bei (93) angeschlossene Kabel sich als reflexionsfrei abgeschlossen zeigt. Um nach erfolgter Einstellung des Widerstands den Wert des Wellenwiderstandes explizit bestimmen zu können, ist dieser am dafür vorgesehenen Kontakt (94) mit einem Ohmmeter zu messen. Der an diesem Kontakt (94) gemessene Widerstand entspricht dem Wellenwiderstand.To determine the characteristic impedance, a setting is sought with the adjustable resistor (97) in which the cable connected to (93) is terminated without reflection. In order to be able to explicitly determine the value of the wave resistance after the resistance has been set, it must be measured with an ohmmeter at the contact (94) provided for this purpose. The resistance measured at this contact (94) corresponds to the characteristic impedance.
Bevorzugt ist die Kontaktstelle (93) für das anzuschließendes Kabel gleich aufgebaut, wie die Kontaktstelle zum Nachmessen des eingestellten Widerstandes ((97) in Reihe mit (96)). Das hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Abschluss nach erfolgter Einstellung einfach nur umgedreht und an das Kabelende angeschlossen werden muss, um das Kabel mit dem Wellenwiderstand abzuschließen. Das kann erfolgen, ohne den Wellenwiderstand mit einem Ohmmeter wirklich auszumessen.The contact point (93) for the cable to be connected is preferably constructed in the same way as the contact point for checking the set resistance ((97) in series with (96)). This has the advantage that once the setting has been made, the termination according to the invention simply has to be turned around and connected to the end of the cable in order to terminate the cable with the characteristic impedance. This can be done without actually measuring the characteristic impedance with an ohmmeter.
Die Nutzung eines erfindungsgemäßen Kabelabschlusses (oben links) als eine an ein Kabelende anzuschließende Einheit erfolgt am angeschlossenen Kabel (Anschluss (93) so: Mit den gezeichneten Schalterstellungen stellt sich die Abschlussart „offener Abschluss“ für das Kabel dar. Wechselt der ganz links liegende Schalter seine Stellung, dann liegt die Abschlussart „Kurzschluss“ vor. Bei einem schnellen Wechsel dieser Schalterstellungen kann zwischen Kurzschluss und offen so schnell gewechselt werden, dass sich am Oszilloskop die zu diesem Kabel gehörenden beiden Reflexionskurven in überlagerter Form darstellen. Die sich ausbildenden umhüllenden Kurven sind eindeutig nur dem Leitungspaar zuzuordnen, an dem der erfindungsgemäße Kabelabschluss (93) angeschlossen ist. Es bildet sich mindestens eine umhüllende Kurve aus, die ein Amplitudenintervall (98) und ein zeitliches Intervall (99) definiert.The use of a cable termination according to the invention (top left) as a unit to be connected to a cable end takes place on the connected cable (connection (93) as follows: The switch positions shown represent the type of termination “open termination” for the cable. The switch on the far left changes its position, then the type of termination is "short-circuit“. If these switch positions are changed quickly, you can switch between short-circuit and open so quickly that the two reflection curves belonging to this cable are displayed in superimposed form on the oscilloscope. The enveloping curves that form are can only be clearly assigned to the pair of lines to which the cable termination (93) according to the invention is connected.At least one enveloping curve is formed, which defines an amplitude interval (98) and a time interval (99).
Wenn der links liegende Schalter in der Position „offen“ liegt, können dem angeschlossenen Kabel mit den drei anderen Schaltern (von oben nach unten) als Abschlussart zugeordnet werden: 1. Der einstellbare Widerstand (97) allein, 2. der einstellbare Widerstand (97) plus ein in Serie liegender Widerstand (96) oder 3. zusätzlich der einstellbare Widerstand (97) plus zwei in Serie liegende Widerstände (96) (95).
Beim schnellen Wechsel der Schalter (Wechsel der Abschlussart für das angeschlossene Kabel) bilden sich die Reflexionsbilder zu den Abschlüssen RPoti, RPoti+ΔR und RPoti+2ΔR zusätzlich ab.When changing the switch quickly (changing the type of termination for the connected cable), the reflection images for the terminations R Poti , R Poti +ΔR and R Poti +2ΔR are also formed.
Wichtig ist hier, dass es die Widerstandskombination (95) (96) (97) in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen schnellen Umschalten erlaubt, den Wellenwiderstand durch Einstellung des Potentiometers dadurch zu finden, dass sich eine symmetrische Lage von drei Kurven zu einer Nulllage einstellen lässt. Selbst bei sehr starken Störungen auf dem Kabel ist das relativ leicht möglich, zumal ein Aufspreizen der Kurven (108) (109) (110) durch die Oszilloskop-y-Verstärkung möglich ist.It is important here that the resistance combination (95) (96) (97) in connection with the fast switching according to the invention allows the characteristic impedance to be found by adjusting the potentiometer in that a symmetrical position of three curves can be set to a zero position. Even if there is very strong interference on the cable, this is relatively easy to do, especially since the curves (108) (109) (110) can be spread out by the oscilloscope y-gain.
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Patent Citations (1)
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US20050007145A1 (en) | 2003-07-10 | 2005-01-13 | International Business Machines Corporation | Thevenins receiver |
Non-Patent Citations (1)
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ULUPINAR. Muhammed Mert [et al.]: A low cost time domain reflectometer (TDR) design for educational use. In: ISPEC International conference on engineering & natural sciences-8. 12.-14. Juni 2020, Ankara, S. 147-152. - ISBN: 978-625-7139-05-2 |
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